📌 ملخص الخبر: عاجل | يمكن لخلفية موجات الجاذبية أن تصلح فهمنا الخاطئ للكون
يمكن لخلفية موجات الجاذبية أن تصلح فهمنا الخاطئ للكون
يمكن لخلفية موجات الجاذبية أن تصلح فهمنا الخاطئ للكون
قد يكون لدى الفيزيائيين طريقة جديدة تمامًا لقياس معدل توسع الكون – وهو أحد أكبر الألغاز المعلقة في علم الكونيات – باستخدام تموجات الزمكان تنبأ بها أينشتاين.
دراسة جديدة تشير إلى ذلك خلفية موجة الجاذبية الخافتة يمكن استخدام هذه الجسيمات الناتجة عن اندماج العديد من الثقوبالسوداء عبر الكون لقياس مدى سرعة توسع الفضاء بشكل مستقل. حتى بدون الكشف عن هذه الخلفية بشكل مباشر، أظهر الباحثون أنها تضع حدودًا بالفعل على ثابت هابل، وهي كمية أساسية في قلب أحد أكبر ألغاز علم الكونيات الحديث.
وإذا تم تأكيد هذه التقنية، فإنها يمكن أن تحسم الجدل حول ما إذا كنا بحاجة إلى التوصل إلى فيزياء جديدة لشرح طبيعة الكون.
اختبار مستقل لثابت هابل
لقد أصبح معدل توسع الكون، المشفر في ثابت هابل، هو محور اهتمامنا جدل حاد في السنوات الأخيرة. القياسات المعتمدة على الكون المبكر، مثل تلك المستنتجة من الإشعاع المتبقي من الكون الانفجار العظيم (المعروفة باسم الخلفية الكونية الميكروية)، لا أتفق مع القياسات المستمدة من الأجسام القريبة، مثل المستعرات الأعظم والمجرات الخافتة. وقد وصل هذا التناقض، المعروف باسم توتر هابل، إلى أهمية إحصائية عالية.
“إن توتر هابل هو أحد أهم المشاكل المفتوحة في علم الكونيات” كيارا مينجاريليوأوضح أستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة ييل، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة، لموقع Live Science عبر البريد الإلكتروني: “تختلف قياسات الكون المبكر والكون المتأخر لمعدل التوسع عند أكثر من 5 سيجما ( “المعيار الذهبي” ذو الأهمية الإحصائية في الفيزياء)، ولا نعرف السبب. إما أن هناك خطأ منهجي غير محدد أو فيزياء جديدة. إن أي قياس مستقل حقيقي لمعدل التوسع يعد ذا قيمة كبيرة.”
تم قبول البحث الجديد للنشر في مجلة Physical Review Letters وهو متاح كملف طبعة أوليةيقترح مثل هذه الطريقة المستقلة التي تعتمد بالكامل تقريبًا على موجات الجاذبية – تموجات دقيقة في نسيج الزمكان تنبأت بها النظرية النسبية العامة لأينشتاين.
“هذه النتيجة مهمة للغاية” ، مؤلف مشارك في الدراسة نيكولا يونسوأوضح أستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة إلينوي أوربانا شامبين في مأوضح إفادة. “طريقتنا هي طريقة مبتكرة لتعزيز دقة استنتاجات هابل الثابتة باستخدام موجات الجاذبية.”
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
الاستماع إلى همهمة الثقوب السوداء في الخلفية
منذ عام 2015، رصدت أجهزة الكشف مثل مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO)، ومقياس تداخل العذراء، وكاشف موجات الجاذبية كاميوكا (KAGRA) العشرات من عمليات اندماج الثقوب السوداء الفردية من خلال موجات الجاذبية. يوفر كل اندماج معلومات حول جماهير الثقوب السوداء المعنية والمسافات التي تفصلها عن الأرض.
يتم إطلاق موجات الجاذبية عندما يصطدم جسمان ضخمان، مثل الثقوب السوداء (كما هو موضح هنا). يعتقد الفيزيائيون أن الكون ينبض بضوضاء خلفية خافتة ناجمة عن عدد لا يحصى من اصطدامات الثقوب السوداء التي لا يمكن اكتشافها – وهي ميزة تسمى خلفية موجة الجاذبية.
(رصيد الصورة: ناسا جودارد)
“نظرًا لأننا نراقب اصطدامات فردية بين الثقوب السوداء، يمكننا تحديد معدلات تلك الاصطدامات التي تحدث عبر الكون”، كما يقول مؤلف الدراسة الرئيسي. برايس كوزينزوأوضح طالب دراسات عليا في جامعة إلينوي أوربانا شامبين في البيان. “بناءً على هذه المعدلات، نتوقع أن يكون هناك الكثير من الأحداث التي لا يمكننا مراقبتها، وهو ما يسمى بخلفية موجة الجاذبية.” إن خلفية موجة الجاذبية هذه، والتي توصف أحيانًا بأنها إشارة عشوائية (أو عشوائية)، هي التأثير الجماعي الخافت للعديد من عمليات الاندماج البعيدة. وتعتمد قوتها الإجمالية على مدى سرعة توسع الكون. ويعني التوسع الأبطأ وجود أحجام كونية أكبر، وبالتالي المزيد من الاندماجات التي تساهم في الخلفية.
أوضح مينغاريلي: “إنها فكرة ذكية”. “إن خلفية موجة الجاذبية – الطنين الجماعي لاندماجات الثقب الأسود البعيدة الخافتة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها بشكل فردي – تعتمد على معدل التمدد. التوسع الأبطأ يعني أحجامًا أكبر، والمزيد من عمليات الاندماج، وخلفية أعلى صوتًا. لذلك، حتى عدم اكتشاف هذه الخلفية لا يفضل القيم المنخفضة لثابت هابل.”
باستخدام البيانات الحالية من أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية، أظهر الفريق أن عدم وجود خلفية مكتشفة يستبعد بالفعل بعض القيم المنخفضة لثابت هابل. وفي حين أن القيود الحالية واسعة النطاق، فإن الطريقة تضع إطارًا جديدًا للاستدلال الكوني.
يعتمد هذا النهج على مفهوم “صفارات الإنذار القياسية”، حيث تعمل أحداث موجات الجاذبية الفردية كعلامات مسافة. ولكن بدلًا من الاعتماد على أحداث ساطعة منفردة، تستغل الطريقة الجديدة كامل مجموعة الثقوب السوداء المتصادمة التي لم يتم حلها بعد.
“ليس كل يوم نتوصل إلى أداة جديدة تمامًا لعلم الكونيات” ، مؤلف مشارك في الدراسة دانيال وودوأوضح أستاذ الفيزياء وعلم الفلك بجامعة شيكاغو في البيان. “لقد أظهرنا أنه باستخدام همهمة موجات الجاذبية الخلفية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء في المجرات البعيدة، يمكننا التعرف على عمر الكون وتكوينه.
رسم توضيحي لموجات الجاذبية المنبعثة من اصطدام ثقب أسود.
(رصيد الصورة: ناسا/سي هينز)
وتابع هولز: “هذا اتجاه مثير وجديد تمامًا، ونحن نتطلع إلى تطبيق أساليبنا على مجموعات البيانات المستقبلية للمساعدة في تقييد ثابت هابل، بالإضافة إلى الكميات الكونية الرئيسية الأخرى”.
وفي حين أن الطريقة الجديدة تبدو واعدة، شدّد مينغاريلي أيضًا على القيود الحالية. وأوضح مينغاريلي: “تكمن القوة الرئيسية في أن هذا قياس يعتمد بالكامل تقريبًا على موجات الجاذبية، بشكل مستقل عن سلم المسافة الكهرومغناطيسية وخلفية الموجات الميكروية الكونية”. “القيد هو أن الشكوك لا تزال كبيرة، والنتيجة تعتمد على النموذج السكاني المفترض للثقب الأسود. لكن المؤلفين صريحون بشأن هذا الأمر ويظهرون أن خياراتهم متحفظة.”
نتطلع إلى الأمام، ترقيات الكاشف ومن المتوقع أن تحسن بشكل كبير الحساسية لخلفية موجة الجاذبية.
وأوضح مينغاريلي: “مع ترقيات الكاشف المخطط لها، يجب اكتشاف الخلفية في غضون بضع سنوات، وتحويل هذا من الحد الأدنى إلى قياس حقيقي”.
إذا نجحت هذه الطريقة، فيمكن أن تصبح أداة جديدة قوية لسبر تاريخ توسع الكون وللتحقق مما إذا كان توتر هابل يشير إلى فيزياء جديدة أو أخطاء منهجية مخفية في القياسات الحالية.
